X 線検査を使用した換気: 機能的回避放射線療法における毒性軽減のための肺機能画像化技術 (VENTURE)

肺がんは世界中のがん死亡の主な原因であり、診断されたすべての肺がんの約 85% を非小細胞肺がん (NSCLC) が占めています。 肺がんの治療には、がんの進行度に応じて、手術、免疫療法、化学療法、標的療法、放射線療法が単独または組み合わせて使用​​されます。 放射線療法は肺がん治療の主要な要素であり、肺がん患者の 77% が治療過程のある時点で証拠に基づいた外照射療法の適応を有しています。

放射線療法には、放射線肺炎や線維症などの放射線誘発毒性が伴い、患者の生活の質に悪影響を及ぼし、安全に照射できる線量が制限されます。 放射線肺炎は、息切れ、咳、発熱などの症状を伴う肺組織の炎症であり、放射線治療コースの完了後 4 ～ 12 週間で現れます。 グレード 2 以上と定義される症候性肺炎は、従来の放射線療法による全体の発生率は 29.8% です。

現在の放射線療法の治療計画では、肺機能が臓器全体で均一であることが前提となっており、肺機能の地域差は考慮されていません。 これらの地域差は、肺構造の腫瘍圧迫を介したがんの増殖自体、またはがん患者の肺の健康に影響を与える可能性のある既存の、多くの場合喫煙誘発性の要因から生じる可能性があります。 肺の健康に影響を与える可能性のある既存の症状には、慢性閉塞性肺疾患（COPD）、肺のリンパ管の線維化と肥厚、肺気腫、石綿肺、肺の部分的な虚脱、または以前のがん治療による副作用（肺内の水、炎症など）が含まれます。肺炎や肺の部分切除などもあります。 放射線治療後に患者に最高の生活の質を提供するには、治療期間中できるだけ健康な肺を維持することが重要です。

放射線療法のための機能的肺回避治療計画では、肺の機能マップに基づいて健康な肺組織への放射線照射を最小限に抑えることで肺毒性を軽減できる可能性があります。 核医学の機能的肺画像は、機能的肺への平均線量、ひいては放射線誘発毒性を低減する目的で、これまで放射線治療計画に組み込まれてきました。 正常組織合併症確率 (NTCP) モデルでは、リスクのある標的および臓器への線量制約を守りながら機能計画を立てた場合、グレード 2+ および 3+ の放射線肺炎がそれぞれ 6% および 3% の全体的な減少を予測しています。

核医学スキャンは高価で時間がかかり、すべての施設で利用できるわけではありません。 CT 換気イメージングは​​、日常的な治療前の CT 取得の一環として肺の健康な領域をマッピングするための、核医学に代わる安価で利用しやすい方法として開発されました。

CT 換気イメージングの主要な手順は次のとおりです。

1. 4DCT または息止め CT (BHCT) を使用して、呼気状態と吸気状態の肺の CT 画像を取得します。 4DCT は、世界中で肺がん放射線治療の標準治療を形成する技術です。 4DCT は、患者の呼吸時の肺の動きを示す吸気のピークから呼気のピークまで 8 ～ 10 枚の CT 画像を取得します。一方、BHCT は、患者が約 10 分間息を止めたときの肺の静的な吸気終末画像と呼気終末画像を取得します。秒。
2. 変形可能な画像位置合わせは、異なる CT 画像 (吸気のピークから呼気のピークまで) 間の空間マッピング (変形マップ) を決定するために使用されます。
3. 変形可能な画像レジストレーションからの情報に基づく定量分析を含む、高機能肺と低機能肺を定量化するための換気メトリクスの適用。

得られた換気画像は解剖学的画像に直接重ね合わされ、理解しやすく放射線治療計画に直接役立つ機能情報が追加されます。

CT スキャンおよび透視イメージング シーケンスから換気マップを作成するための既存の商用製品として、CT 肺換気解析ソフトウェアおよび XV Technology 肺換気解析ソフトウェア (4DMedical Limited、メルボルン) があります。 1 つまたは複数の 3D 画像を生成する CT とは異なり、蛍光透視法は一連の 2D X 線画像を高速で生成します。 これらの画像は通常、放射線科や外科手術室の専用 C アーム スキャナによって取得されますが、これまで放射線治療に関連して評価されたことはありませんでした。 少なくとも 1 回の完全な連続呼吸を捕捉するシネ透視シーケンスは、自発呼吸中に胸部の 5 つの異なる角度で取得され、肺運動場が再構築されて換気マップが作成されます。 Therapeutic Goods Administration (TGA) が承認した肺換気評価の手法として、これらの技術を比較することで、その堅牢性について貴重な洞察が得られます。

治療前の換気画像に基づく機能的肺回避治療計画は、腫瘍退縮によるものなど、治療中のインターフラクショナル（週ごとの）換気量の変化によって損なわれる可能性があります。 4 次元コーンビーム コンピュータ断層撮影 (4DCBCT) を使用すると、放射線治療システム上で解剖学的画像を簡単に取得でき、治療を行う前に正確な患者の位置を確保できます。 CTVI 用に開発された既存の技術を 4DCBCT 画像に適用して、治療計画を適応させ、健康な肺への照射を最小限に抑えるために使用できる換気画像を生成できます。 しかし、4DCBCT は画質が悪いという問題があり、4DCBCT ベースの換気画像の生理学的精度はまだ評価されていません。

これまでの研究では、既存の臨床ゴールドスタンダードである Galligas PET 換気イメージングと比較して、CT 換気イメージングの生理学的精度が検証されています。 これらの研究では、葉レベル (数 cm) では強い相関があり、局所レベル (2 ～ 5 mm) では中程度の正の相関が見出されました。

CT換気画像を使用した機能的肺回避技術の有効性に関する臨床証拠が収集され始めています。 ヴィノグラドスキーら。らは第 II 相臨床試験を実施し、機能的肺回避治療を受けたコホートにおける放射線肺炎の発生率を歴史的対照群と比較した。 著者らは、機能的肺回避コホートの患者のグレード2以上の放射線肺炎の割合が14.9％であることを発見し、これまでの割合は25％であり、検出力80％、有意性0.05で肯定的な試験結果を報告した。 Huangらは、キセノン増強CT換気を使用して、機能的肺回避と歴史的対照を比較する第II相研究を実施した。 グレード2以上の放射線性肺臓炎の発生率が17%であったのに対し、過去の対照群の30%と比較して、著者らは検出力80%、有意性0.05で肯定的な試験結果を結論付けた。

この心強い臨床証拠にもかかわらず、CT換気イメージングの最良の技術的実装、プロセスの品質保証、および臨床的に許容できる必要な精度の閾値を評価する上での知識には依然としてギャップがあります。 この目的を達成するために、私たちが提案する臨床試験の焦点は、透視および CT 換気イメージングの最適な実装を決定することです。 これを達成するために、真の換気のグラウンドトゥルースとして Galligas を使用して、さまざまな CT および透視ベースの換気イメージング技術の生理学的精度を評価します。 我々の研究の第二の目的は、これらの換気画像技術を使用して作成された機能的回避放射線治療計画における線量変動を評価し、機能的肺回避放射線療法の品質保証手順を確立し、この方法の精度について臨床的に許容可能な閾値を評価することである。

放射線療法治療ワークフローに対する機能的肺回避計画の影響を比較するために、標準治療治療計画に加えて機能的回避放射線療法治療計画が作成され、計画時間の差異が定量化されます。 放射線肺炎率の予測減少は、Faughtらの方法を使用して定量化されます。予測される入院者数と医療費の削減量が計算されます。

CT 灌流イメージング法が最近開発され、非造影吸気/呼気 CT 画像ペアから灌流情報を計算できるようになりました。 CTPI は、血液量の変化により呼吸周期中に肺内の質量変化が生じるという原理に基づいています。 灌流は、強度に基づく材料密度推定と異なる CT 画像間の空間マッピングを使用してボクセル解像度で計算されるこの質量変化から導出されます。 CTPI は初期のテクノロジーであり、その精度をさらに検証する必要があります。 ただし、現在、検証用のペアの BHCT 灌流データセットが不足しています。 現在までのところ、Castillo らによって実施された唯一の検証研究は、らは、CTPI と SPECT 灌流イメージングの間の相関中央値 0.57 を報告しました。

シドニー大学と北シドニー地域保健地区は最近、ロイヤル ノース ショア病院に新しい全身 PET スキャナーを設置しました。このスキャナーは、単一ベッドの位置で、より高い感度、より速い取得時間、より長いスキャン長でスキャンを取得できます。 この新しいデバイスの感度の向上により、4D (時系列) 画像を含む高速イメージングが可能になり、より詳細な換気情報が得られます。 これを裏付けるために、4D 減衰補正を調査する目的で、治療前のイメージングでスキャン全長ではなく肺のみを対象とした追加の低線量 4DCT スキャンが取得されます。

コンパレータの選択 制御

• Galligas PET 換気画像は参加者ごとに取得され、グラウンド トゥルースとして使用されます。 Galligas PET は、SPECT イメージングよりも高い空間分解能で換気イメージを取得するための確立されたモダリティです。
• Tc-99m MAA SPECT 画像が参加者ごとに取得され、灌流のグラウンド トゥルースとして使用されます。 99mTc-MAA SPECT は、灌流画像を取得するための確立されたモダリティです。
• 3D 減衰 CT で再構成された 4D PET 画像。
• 解剖学的に基づいた標準的な治療計画が参加者ごとに作成されます。

コンパレータ

• 各参加者から取得した BHCT、透視検査、4DCBCT、および 4DCT スキャンから得られた換気画像。 X 線ベースの換気イメージングは​​、肺換気を視覚化するための費用対効果が高く、利用しやすい代替手段として開発されました。
• 各患者から取得した BHCT スキャンから得られた灌流画像。 CT 灌流イメージングは​​、肺灌流を視覚化するための費用対効果が高く利用しやすい代替手段として開発中です。
• 4D 減衰 CT で再構成された 4D PET 画像。 4D 減衰は、呼吸動作が予想される領域でより正確な PET イメージングを行うために提案されています。
• 放射線肺炎率の予測に関して、換気画像を使用して作成された機能ベースの放射線治療計画。